Wczoraj jeden z dzidowcow pytal o mechanizm transferu ciepła przez wieloszybowe okna. Nie spodziewał się że pracujący na zamku w Kule,  posthitlerowscy naukowcy również pracują nad tym dylematem.
Ale nie uprzedzajmy faktów.. 

Zaczniemy od teorii. Przekazywanie ciepła następuje na trzy sposoby: promieniowanie, przeplyw bezpośredni i ruchy makroskopowe.

Promieniowanie pominiemy bo nie chce mi się tłumaczyć prawa stefana-boltzmana. Głównie dlatego że go nie rozumiem.

Przepływ bezpośredni to domena ciał stałych. Ruchy majroskopowe to domena cieczy I gazów.

Można se zrobić prosty eksperyment w domu. Szklankę z gorąca wodą wstawić do miski z zimną.

Piknie narysowane, co nie? :)

Po kilku minutach woda na dole szklanki zrobi się zimna a na górze nadal będzie gorąca. Ciepła ma mniejsza gęstość więc zostanie na górze. Gdybyśmy grzali od dołu to ciepła z dołu szła by do góry i całość się mieszała. To unoszenie nazywa się konwekcją.
To pokazuje że ciecze słabo przenoszą ciepło przez strukturę a dobrze przez konwekcję.

Jak się to ma do okna?

W zwykłym dwuszybowym oknie, wewnętrzna tafla odbiera ciepło że środka pomieszczenia. Warstwa powietrza zaraz przy szybie chłodzi się i opada. Z kolei powietrze wewnątrz okna (2) ogrzewa się i unosi. Na górze przepływa na drugą stronę i chłodzi się od zewnętrznej szyby. Schłodzone opada na dół.

Konwekcja odpowiada za ok 92% transteru całego ciepla w takim układzie.

Jak to wygląda w układzie z trzema szybami?

Ano w takim układzie podwaja się droga która musi pokonać ciepło przenikające na drodze konwekcji.
Więc opór cieplny wzrośnie mniej więcej dwa razy.

No dobra, a gdyby dac tylko dwie szyby ale zwiększyć dystans?

Niewiele to da, bo szyba , odwrotnie niż dorotka jest wyższa niż grubsza.

Jeżeli mamy okno o wysokości metra, i odległości między szynami 20mm, to cały wewnętrzny obwód wyniesie 204cm. Dodanie kolejnej warstwy , również w odległości 20mm, da nam całościową drogę jaka musi pokonać ciepło 408cm.
Ale, zwykle zwiększenie dystansu do 40mm , bez dodatkowej przegrody wydłuży drogę do pokonania z 204 do 208cm.
W jednym więc przypadku opór wzrośnie o 100% a w drugim o 2% przy tej samej grubości pakietu.

I na koniec.

Ciepłotę można by powiększyć wytwarzając wewnątrz próżnię. Ale to powoduje ogromne obciążenia mechaniczne. Na standardowa tafle 800x720 mm ciśnienie powietrza wywierakoby nacisk rzędu 5.5 tony. A każda niedoskonałość niszczyłaby system.

Dlatego najczęściej w taflach zespolonych jest powietrze. Malo tego tafla nie może być idealnie szczelna. Na dole ma mały otworek do wyrównania ciśnień. Otworek ten nie prowadzi bezpośrednio do wnętrza tafli tylko do tej aluminiowej ramy. Środek ramy wypełniony jest zeolitem który pochłania wilgoć.
Dlatego zespolone zaczynają parować wewnątrz dopiero po 50-60 latach i to pod warunkiem dużych zmian temperatury.

Czasem , żeby jeszcze poprawić parametry środek okna wypełnia sir argonem , który też przewodzi gorzej niż powietrze. Ale ucieka na drodze dyfuzji i co 5-6lat powinno się go uzupełniać. A tego nikt nie robi.

Na koniec. Im więcej warstw tym lepsza izolacja , ale cięższe okno. Dlatego trojszybowe musi mieć dużo mocniejszą ramę a co za tym idzie cenę.

Najgrubszy pakiet z jakim miałem do czynienia miał pięć szyb, czyli cztery komory. Ale był zastosowany jako okno nieotwieralne że względu na masę.

No i prowadził do komory w której było kilkaset stopni :)